Туршилтын хөтөч BMW ба устөрөгч: хоёрдугаар хэсэг

"Ус. BMW-ийн цэвэр хөдөлгүүрүүдийн цорын ганц эцсийн бүтээгдэхүүн бол нефтийн түлшний оронд шингэн устөрөгчийг ашиглаж, хүн бүр шинэ технологиудыг ухамсартайгаар ашиглах боломжийг олгодог."

BMW арга

Эдгээр үгс нь хэдэн жилийн өмнө Германы нэгэн компанийн сурталчилгааны кампанит ажлын хэсгээс авсан ишлэл юм. Баваричууд моторын технологийн талаар юу хийж байгаагаа маш сайн мэддэг бөгөөд энэ чиглэлээр дэлхийн маргаангүй тэргүүлэгчдийн нэг гэдэгт хэн ч эргэлздэггүй. Сүүлийн жилүүдэд борлуулалтаараа өндөр өсөлттэй байгаа компани ирээдүй нь тодорхойгүй ирээдүйтэй технологиудыг олны танил болсон зар сурталчилгаанд асар их мөнгө зарцуулна гэж бодохгүй байх.

Гэсэн хэдий ч, эш татсан үгс нь Баварийн автомашин үйлдвэрлэгчийн тэргүүлэгч онгоцны 745 цагийн устөрөгчийн чамин хувилбарыг сурталчлах кампанит ажлын нэг хэсэг юм. Экзотик, учир нь BMW-ийн үзэж байгаагаар автомашины үйлдвэрлэл эхнээсээ тэжээж ирсэн нүүрсустөрөгчийн түлшний өөр хувилбарт шилжихийн тулд үйлдвэрлэлийн бүх дэд бүтцэд өөрчлөлт оруулах шаардлагатай болно. Сүүлийнх нь зайлшгүй шаардлагатай, учир нь Баваричууд хөгжлийн ирээдүйтэй замыг өргөнөөр сурталчилсан түлшний эсүүдээс биш, харин дотоод шаталтат хөдөлгүүрийг устөрөгчөөр ажиллуулахад хувиргах замаар олж хардаг. Шинэчлэлт нь шийдэгдэх боломжтой асуудал гэж BMW үзэж байгаа бөгөөд хөдөлгүүрийн найдвартай ажиллагааг хангах, цэвэр устөрөгч ашиглан хяналтгүй шаталтын процессыг арилгахад чиглэсэн гол асуудлыг шийдвэрлэхэд аль хэдийн мэдэгдэхүйц ахиц дэвшил гаргасан. Энэ чиглэлд амжилтанд хүрсэн нь хөдөлгүүрийн үйл явцыг цахим хянах чадвар, BMW патентлагдсан уян хатан хий түгээлтийн Valvetronic ба Vanos системийг ашиглах боломжтой болсонтой холбоотой бөгөөд үүнгүйгээр "устөрөгчийн хөдөлгүүр" -ийн хэвийн ажиллагааг хангах боломжгүй юм. . Гэсэн хэдий ч энэ чиглэлийн анхны алхмууд нь 1820 онд зохион бүтээгч Уильям Сесил "вакуум зарчим" гэж нэрлэгддэг устөрөгчийн түлшээр ажилладаг хөдөлгүүрийг бүтээснээр эхэлсэн бөгөөд энэ нь хожим зохион бүтээсэн дотоод хөдөлгүүртэй хөдөлгүүрээс тэс өөр схем юм. . шатаж байна. Анхдагч Отто 60 жилийн дараа дотоод шаталтат хөдөлгүүрийн анхны бүтээн байгуулалтдаа аль хэдийн дурдсан бөгөөд нүүрснээс гаралтай 50% орчим устөрөгчийн агууламжтай синтетик хий ашигласан. Гэсэн хэдий ч карбюраторыг зохион бүтээснээр бензиний хэрэглээ илүү практик, аюулгүй болж, шингэн түлш нь өнөөг хүртэл байсан бусад бүх хувилбаруудыг орлуулсан. Устөрөгчийн түлшний шинж чанарыг сансрын салбарынхан олон жилийн дараа дахин нээж, устөрөгч нь хүн төрөлхтний мэддэг бүх түлшнээс хамгийн сайн энерги/массын харьцаатай болохыг олж мэдсэн.

1998 оны 2008-р сард Европын Автомашины Үйлдвэрчний Холбоо (ACEA) нь Холбоонд шинээр бүртгэгдсэн тээврийн хэрэгслээс ялгарч буй CO2 ялгаруулалтыг нэг км-т дунджаар 140 граммаар 25-оор бууруулах үүрэг хүлээлээ. Бодит байдал дээр энэ нь 1995 онтой харьцуулахад утааг 6,0% бууруулж, шинэ флотын түлшний дундаж хэрэглээ ойролцоогоор 100 л / 14 км байв. Ойрын ирээдүйд нүүрстөрөгчийн давхар ислийг 2012 он гэхэд XNUMX хувиар бууруулах нэмэлт арга хэмжээ авахаар төлөвлөж байна. Энэ нь автомашины компаниудад тулгарч буй ажлыг туйлын хэцүү болгож байгаа бөгөөд BMW-ийн мэргэжилтнүүдийн үзэж байгаагаар бага нүүрстөрөгчийн түлш ашиглах эсвэл түлшний найрлага дахь нүүрстөрөгчийг бүрэн арилгах замаар шийдвэрлэх боломжтой юм. Энэхүү онолын дагуу устөрөгч автомашины талбарт бүх алдар суугаараа дахин гарч ирж байна.

Баварийн компани нь устөрөгчөөр ажилладаг автомашиныг бөөнөөр үйлдвэрлэсэн анхны автомашин үйлдвэрлэгч болжээ. Шинэ бүтээн байгуулалт хариуцсан BMW компанийн ТУЗ-ийн гишүүн, профессор Буркхард Гешелийн "Одоогийн 7 цувралын хугацаа дуусахаас өмнө компани устөрөгчийн автомашин зарна" гэсэн өөдрөг, итгэлтэй мэдэгдэл нь биеллээ олов. Хамгийн сүүлийн хувилбар нь 7 морины хүчтэй, 2006 цилиндртэй хөдөлгүүр бүхий 12 онд гарсан долоо дахь цуврал болох Hydrogen 260. энэ мессеж аль хэдийн бодит байдал болжээ. Зорилго нь нэлээд амбицтай мэт санагдсан боловч шалтгаангүй биш юм. BMW нь 1978 оноос хойш устөрөгчөөр ажилладаг дотоод шаталтат хөдөлгүүрт туршилт хийж ирсэн бөгөөд 11 оны 2000-р сарын 15-нд энэхүү хувилбарын боломжит өвөрмөц үзүүлэлтийг үзүүлэв. Устөрөгчийн арван хоёр цилиндртэй хөдөлгүүрээр ажилладаг долоо хоногийн өмнөх үеийн 750 170 морины хүчин чадалтай автомашины гайхалтай парк нь 000 км-ийн марафон гүйлтийг амжилттай гүйцэтгэж, компанийн амжилт, шинэ технологийн амлалтыг тодотгож өглөө. 2001, 2002 онуудад эдгээр тээврийн хэрэгслийн зарим нь устөрөгчийн санааг дэмжиж олон янзын жагсаалд оролцсоор байв. Дараачийн 7 цуврал дээр үндэслэн орчин үеийн 4,4 литрийн V-212 хөдөлгүүрийг 12 км / цаг хурдалж, дараа нь XNUMX цилиндртэй V-XNUMX хөдөлгүүрийг ашиглан шинэ бүтээн байгуулалтын цаг болжээ. Компанийн албан ёсны дүгнэлтийн дагуу BMW яагаад энэ технологийг түлшний эсээс илүү сонгох болсон шалтгаан нь арилжааны болон сэтгэлзүйн аль аль нь байгаа юм. Нэгдүгээрт, үйлдвэрлэлийн дэд бүтэц өөрчлөгдвөл энэ арга нь ихээхэн бага хөрөнгө оруулалт шаардагдана. Хоёрдугаарт, хүмүүс хуучин дотоод шаталтат хөдөлгүүрт дасчихсан тул дуртай байдаг тул салахад хэцүү байх болно. Гуравдугаарт, энэ хооронд түлшний эсийн технологитой харьцуулахад энэ технологи илүү хурдан хөгжиж байна.

BMW автомашинд устөрөгчийг Германы Linde хөргөлтийн группын бүтээсэн өндөр технологийн халууны сав шиг супер дулаалгатай криоген саванд хадгалдаг. Хадгалах температур багатай үед түлш нь шингэн үе шатанд байгаа бөгөөд ердийн түлш шиг хөдөлгүүрт ордог.

Энэ үе шатанд Мюнхений компанийн дизайнерууд шууд бус түлш шахах ажилд анхаарлаа төвлөрүүлж, хольцын чанар нь хөдөлгүүрийн ажиллах горимоос хамаарна. Хэсэгчилсэн ачааллын горимд хөдөлгүүр нь дизель түлштэй төстэй туранхай хольц дээр ажилладаг - өөрчлөлтийг зөвхөн тарьсан түлшний хэмжээгээр хийдэг. Энэ бол хольцын "чанарын хяналт" гэж нэрлэгддэг бөгөөд хөдөлгүүр нь илүүдэл агаараар ажилладаг боловч ачаалал багатай тул азотын ялгаралтыг хамгийн бага хэмжээнд бууруулдаг. Их хэмжээний хүч шаардагдах үед хөдөлгүүр нь бензин хөдөлгүүр шиг ажиллаж эхэлдэг бөгөөд хольцын "тоон хяналт" гэж нэрлэгддэг, хэвийн (туранхай биш) хольц руу шилждэг. Эдгээр өөрчлөлтүүд нь нэг талаас хөдөлгүүр дэх үйл явцын цахим удирдлагын хурд, нөгөө талаас хийн түгээлтийн хяналтын системүүд - "давхар" Vanos-тай хамтран ажилладаг уян хатан ажиллагааны ачаар боломжтой юм. тохируулагчгүй Valvetronic хэрэглээний хяналтын систем. BMW инженерүүдийн үзэж байгаагаар энэхүү хөгжлийн ажлын схем нь технологийн хөгжлийн зөвхөн дунд үе шат бөгөөд ирээдүйд хөдөлгүүрүүд устөрөгчийг цилиндр болон турбо цэнэглэх рүү шууд шилжүүлэх болно гэдгийг анхаарах хэрэгтэй. Эдгээр техник нь бензин хөдөлгүүртэй харьцуулахад автомашины динамикийг сайжруулж, дотоод шаталтат хөдөлгүүрийн үр ашгийг 50%-иар нэмэгдүүлэх болно. Энд бид "түлшний эсүүд" сэдвийг хөндөхөөс санаатайгаар татгалзлаа, учир нь энэ асуудлыг сүүлийн үед нэлээд идэвхтэй ашиглаж байна. Гэсэн хэдий ч Мюнхен хотын дизайнерууд автомашины самбар дээрх цахилгаан сүлжээг тэжээхийн тулд ердөө л ийм батерейны хүчийг бүрэн хасахаар шийдсэн тул BMW-ийн устөрөгчийн технологийн хүрээнд бид тэдгээрийг дурдах ёстой. Энэ алхам нь устөрөгчийн хөдөлгүүр нь генераторыг жолоодох шаардлагагүй, хөлөг дээрх цахилгаан систем нь жолоодлогын замаас бүрэн бие даасан, бие даасан болж хувирдаг тул нэмэлт түлш хэмнэх боломжийг олгодог - энэ нь хөдөлгүүр ажиллахгүй байсан ч цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхээс гадна үйлдвэрлэх боломжтой. болон эрчим хүч хэрэглэх нь бүрэн оновчтой болгох боломжийг олгодог. Усны насос, газрын тосны шахуурга, тоормосны өргөлт, утастай системийг ажиллуулахын тулд шаардлагатай хэмжээний цахилгаан үйлдвэрлэх боломжтой болсон нь нэмэлт хэмнэлт болж байна. Гэсэн хэдий ч эдгээр бүх шинэлэг зүйлүүдтэй зэрэгцэн түлш шахах систем (бензин) бараг үнэтэй дизайны өөрчлөлт хийгээгүй. 2002 оны XNUMX -р сард устөрөгчийн технологийг сурталчлах зорилгоор BMW Group, Aral, BVG, DaimlerChrysler, Ford, GHW, Linde, Opel MAN нар CleanEnergy түншлэлийн хөтөлбөрийг боловсруулж, шингэрүүлсэн болон шахсан устөрөгчөөр дүүргэх станцуудыг хөгжүүлж эхлэв.

BMW бол газрын тосны компаниудтай хамтарсан хэд хэдэн төслийг санаачлагч бөгөөд эдгээрээс хамгийн идэвхтэй оролцогчид нь Арал, ВР, Шелл, Тотал юм. Энэхүү ирээдүйтэй чиглэлийн сонирхол асар хурдацтай нэмэгдэж байна - ойрын арван жилд ЕХ дангаараа устөрөгчийн технологийг хөгжүүлэх, хэрэгжүүлэхэд шаардагдах 2,8 тэрбум еврогийн санхүүгийн шууд хандивыг санхүүжүүлэх болно. Энэ хугацаанд "устөрөгч"-ийг хөгжүүлэхэд хувийн компаниудын оруулсан хөрөнгө оруулалтын хэмжээг урьдчилан таамаглахад хэцүү ч ашгийн бус байгууллагуудын суутгалаас хэд дахин давах нь тодорхой байна.

Дотоод шаталтат хөдөлгүүрт устөрөгч

Устөрөгчийн физик, химийн шинж чанараас шалтгаалан энэ нь бензинээс хамаагүй илүү шатамхай байдаг нь сонирхолтой юм. Практикт энэ нь устөрөгч дэх шаталтын процессыг эхлүүлэхийн тулд маш бага эрчим хүч шаардагдана гэсэн үг юм. Нөгөөтэйгүүр, маш туранхай хольцыг устөрөгчийн хөдөлгүүрт хялбархан ашиглаж болох бөгөөд энэ нь орчин үеийн бензин хөдөлгүүрүүд нарийн төвөгтэй, үнэтэй технологиудын ачаар амжилтанд хүрдэг.

Устөрөгч-агаарын хольцын хэсгүүдийн хоорондох дулаан бага тархдаг бөгөөд үүнтэй зэрэгцэн автомат гал асаах температур, шаталтын хурд нь бензинийхээс хамаагүй өндөр байдаг. Устөрөгч нь бага нягтралтай, хүчтэй тархалттай байдаг (бөөмс нь өөр хий рүү нэвтрэх боломжтой - энэ тохиолдолд агаар).

Өөрөө гал асаахад шаардагдах бага идэвхжүүлэлтийн энерги нь устөрөгчийн хөдөлгүүрийн шаталтын процессыг удирдахад тулгардаг хамгийн том сорилтуудын нэг юм, учир нь хольц нь шаталтын камерын илүү халуун хэсгүүдтэй харьцах, бүрэн хяналтгүй үйл явцын гинжин хэлхээнд тэсвэртэй байдлаас шалтгаалан аяндаа амархан асдаг. Энэхүү эрсдэлээс зайлсхийх нь устөрөгчийн хөдөлгүүрийг хөгжүүлэхэд тулгардаг хамгийн том сорилтуудын нэг боловч өндөр тархалттай шатаж буй хольц нь цилиндрийн хананд маш ойрхон тархаж, маш нарийн цоорхойг нэвтлэх чадвартай байдаг тул үр дагаврыг арилгах нь тийм ч хялбар биш юм. хаалттай хавхлагууд гэх мэт ... Эдгээр моторыг төлөвлөхдөө энэ бүхнийг харгалзан үзэх шаардлагатай.

Өндөр авто температурын температур ба өндөр октантай тоо (ойролцоогоор 130) нь хөдөлгүүрийн шахалтын харьцааг нэмэгдүүлэх, улмаар түүний үр ашгийг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог боловч устөрөгчийг илүү халуун хэсэгтэй харьцах аюулыг дахин бий болгодог. цилиндрт. Устөрөгчийн өндөр тархалтын хүчин чадлын давуу тал нь агаартай амархан холилдох боломжтой бөгөөд танк эвдэрсэн тохиолдолд түлшний хурдан, аюулгүй тархалтыг баталгаажуулдаг.

Шаталтын хамгийн тохиромжтой агаар-устөрөгчийн хольц нь ойролцоогоор 34: 1 харьцаатай байдаг (бензиний хувьд энэ харьцаа 14,7: 1). Энэ нь эхний тохиолдолд ижил масстай устөрөгч ба бензинийг нэгтгэх үед хоёр дахин их агаар шаардагдана гэсэн үг юм. Үүний зэрэгцээ устөрөгч-агаарын хольц нь илүү их зай эзэлдэг бөгөөд энэ нь устөрөгчөөр ажилладаг хөдөлгүүрүүд яагаад бага чадалтай болохыг тайлбарладаг. Харьцаа ба эзэлхүүний цэвэр дижитал дүрслэл нь нэлээд уран яруу юм - шатаахад бэлэн устөрөгчийн нягт нь бензиний уураас 56 дахин бага .... Гэсэн хэдий ч, зарчмын хувьд устөрөгчийн хөдөлгүүрүүд нь 180:1 хүртэл агаар-устөрөгчийн хольцтой (өөрөөр хэлбэл маш "туранхай" хольцтой) ажиллах боломжтой гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй бөгөөд энэ нь эргээд хөдөлгүүрийг ажиллуулах боломжтой гэсэн үг юм. тохируулагч хавхлагагүй, дизель хөдөлгүүрийн зарчмыг ашиглана. Устөрөгч нь устөрөгч ба бензинийг массын хувьд эрчим хүчний эх үүсвэр болгон харьцуулах нь маргаангүй тэргүүлэгч гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй - нэг килограмм устөрөгч нь нэг килограмм бензинээс бараг гурав дахин их эрчим хүч шаарддаг.

Бензин хөдөлгүүрийн нэгэн адил шингэрүүлсэн устөрөгчийг олон талт хавхлагын хавхлагын өмнө шууд шахаж болох боловч хамгийн сайн шийдэл бол шахалтын үед шууд шахах явдал юм - энэ тохиолдолд хүч нь ижил төстэй бензин хөдөлгүүрийнхээс 25% -иар давж болно. Учир нь түлш (устөрөгч) нь бензин эсвэл дизель хөдөлгүүртэй адил агаарыг нүүлгэдэггүй бөгөөд зөвхөн агаар (ердийнхөөс хамаагүй их) шаталтын камерыг дүүргэх боломжийг олгодог. Түүнчлэн, бензин хөдөлгүүрээс ялгаатай нь устөрөгчийн хөдөлгүүрт бүтцийн эргэлт хийх шаардлагагүй, учир нь устөрөгч нь энэ арга хэмжээгүйгээр агаарт хангалттай сайн тархдаг. Цилиндрийн янз бүрийн хэсэгт шатаах хурд өөр өөр байдаг тул хоёр оч залгуур байрлуулах нь дээр бөгөөд устөрөгчийн хөдөлгүүрт цагаан алтны электрод ашиглах нь боломжгүй юм, учир нь цагаан алт нь бага температурт түлшний исэлдэлтэд хүргэдэг катализатор болдог.

H2R

H2R бол BMW инженерүүдийн бүтээсэн супер спорт загвар бөгөөд устөрөгчөөр ажилладаг бол 285 морины хүчтэй арван хоёр цилиндртэй хөдөлгүүрээр ажилладаг. Тэдний ачаар туршилтын загвар нь зургаан секундын дотор 0-ээс 100 км / цаг хүртэл хурдалж, 300 км / цаг хурдалдаг H2R хөдөлгүүр нь бензин 760i-д хэрэглэгддэг стандарт дээд түвшний нэгж дээр суурилдаг бөгөөд ердөө арван удаа л зарцуулсан. хөгжүүлэх сар. Аяндаа шатахаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд Баварийн мэргэжилтнүүд хөдөлгүүрийн хавхлагын цаг хугацааны хувьсах системээр хангагдсан боломжуудыг ашиглан шатаах камерт урсгалын тусгай эргэлт, шахах стратеги боловсруулсан. Холимог цилиндрт орохоос өмнө сүүлийнх нь агаараар хөргөж, гал асаах нь зөвхөн дээд үхсэн төвд явагддаг - устөрөгчийн түлшээр шаталтын хурд өндөр байдаг тул гал асаах шаардлагагүй.

үр дүн нь

Устөрөгчийн цэвэр энерги рүү шилжих санхүүгийн шинжилгээ одоогоор тийм ч өөдрөг биш байна. Хөнгөн хий үйлдвэрлэх, хадгалах, тээвэрлэх, нийлүүлэх нь нэлээд эрчим хүч шаарддаг процесс хэвээр байгаа бөгөөд хүний ​​хөгжлийн өнөөгийн технологийн үе шатанд ийм схем үр дүнтэй байж чадахгүй байна. Гэхдээ энэ нь судалгаа, шийдэл хайх ажил үргэлжлэхгүй гэсэн үг биш юм. Нарны зай хураагуурын цахилгаан эрчим хүчийг ашиглан уснаас устөрөгч гаргаж авах, том саванд хадгалах саналууд өөдрөг сонсогдож байна. Нөгөөтэйгүүр Сахарын цөл дэх хийн үе шатанд цахилгаан, устөрөгчийг гаргаж, Газар дундын тэнгис рүү дамжуулах хоолойгоор дамжуулж, шингэрүүлж, криоогеник цистернүүдээр тээвэрлэж, боомтуудад буулгаж, эцэст нь ачааны машинаар тээвэрлэх үйл явц одоогоор жаахан инээдтэй сонсогдож байна ...

Норвегийн газрын тос үйлдвэрлэгч Норск гидро компани нь хойд тэнгис дэх үйлдвэрлэлийн газруудад байгалийн хийээс устөрөгч үйлдвэрлэх санал гаргасан сонирхолтой санааг саяхан танилцуулж, үлдэгдэл нүүрстөрөгчийн дутуу исэл нь далайн ёроол дор шавхагдсан талбайнуудад хадгалагдаж байв. Үнэн нь дунд нь хаа нэгтээ байдаг бөгөөд устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн хөгжил хаашаа эргэхийг цаг хугацаа л харуулах болно.

Мазда хувилбар

Японы Мазда компани устөрөгчийн хөдөлгүүрийн хувилбарыг RX-8 эргэдэг спорт машин хэлбэрээр үзүүлж байна. Wankel хөдөлгүүрийн дизайны онцлог нь устөрөгчийг түлш болгон ашиглахад маш тохиромжтой тул энэ нь гайхмаар зүйл биш юм. Хий нь өндөр даралтын дор тусгай саванд хадгалагдаж, түлшийг шаталтын камерт шууд шахдаг. Эргэдэг хөдөлгүүрийн хувьд шахах, шатаах хэсгүүд нь тусгаарлагдсан, сорох хэсгийн температур бага байдаг тул хяналтгүй гал асаах асуудал эрс багасдаг. Wankel хөдөлгүүр нь хоёр форсункад хангалттай зайг санал болгодог бөгөөд энэ нь устөрөгчийг оновчтой хэмжээгээр шахахад маш чухал юм.